一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法?；谖⒕W(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測和不可控微電源發(fā)電功率預(yù)測，以微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的總經(jīng)濟(jì)成本最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型，以對偶策略進(jìn)行求解；通過快速檢測微網(wǎng)中由于預(yù)測誤差導(dǎo)致的實(shí)時(shí)不平衡電量，以微網(wǎng)中實(shí)時(shí)不平衡電量最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建微網(wǎng)電量修正模型，采用Benders分解迭代算法進(jìn)行求解，解決微網(wǎng)波動(dòng)性優(yōu)化問題；將微網(wǎng)波動(dòng)性優(yōu)化問題再次帶入到微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型中迭代求解，解決微網(wǎng)系統(tǒng)的機(jī)組組合問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化。本發(fā)明快速有效的解決了微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化問題，促進(jìn)微網(wǎng)技術(shù)的全面推廣應(yīng)用。
【專利說明】-種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，屬微網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境問題和能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通過消耗化石燃料來產(chǎn)生 電能以及長距離傳輸?shù)姆绞揭央y以滿足節(jié)能減排、減輕環(huán)境污染、降低網(wǎng)損、改善電能質(zhì) 量和提高供電可靠性等要求，世界各國都在大力開發(fā)新能源及可再生能源和推動(dòng)智能電 網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展，以提高可再生能源發(fā)電的比重和滿足用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性 的更高要求。同時(shí)，一種由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等分布式電 源（distributed generators, DGs,也稱為微電源）和儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷共同組成的有機(jī)系 統(tǒng)-微網(wǎng)技術(shù)（Microgrid)，已經(jīng)得到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。相對大電網(wǎng)（Macrogrid)而 言，微網(wǎng)的顯著優(yōu)勢是微網(wǎng)既可以并網(wǎng)運(yùn)行也可以孤島運(yùn)行，特別是當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)供電不 足或者事故故障時(shí)，微網(wǎng)可無縫切換到孤島模式，通過調(diào)節(jié)合理的運(yùn)行方式和調(diào)整不同種 類微電源的發(fā)電出力，從而實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。微網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的 目標(biāo)函數(shù)，即機(jī)組組合優(yōu)化，使微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)成本最小，同時(shí)要滿足微網(wǎng)系統(tǒng)中不同種類微 電源的出力約束、運(yùn)行約束和環(huán)境約束等。而微電源又分為可控微電源（dispatchable units，DU)和不可控微電源（non-dispatchable units，NU)，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源 及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)受到自然條件的影響，被認(rèn)為是不可控微電源，其隨機(jī)性、波動(dòng)性和 間歇性的特征增加了微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化的難度，加之微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問題是一個(gè)多元化、非 線性的優(yōu)化問題，導(dǎo)致難以制定準(zhǔn)確的微網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃。
[0003] 因此，微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化策略必須建立在準(zhǔn)確、可靠的負(fù)荷預(yù)測和風(fēng)力發(fā)電、光伏 發(fā)電的預(yù)測以及合理的優(yōu)化調(diào)度模型。當(dāng)前國內(nèi)外已有一些的學(xué)者對微網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化問題 開展研究，主要針對并網(wǎng)運(yùn)行模式或者孤島運(yùn)行模式，從技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境成本等 方面著手考慮，取得了一定的研究成果。然而當(dāng)前的研究方法都有一定的局限性，采用預(yù)測 值為實(shí)際功率輸出值，并進(jìn)行簡單的等效，忽略了微網(wǎng)中光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電預(yù)測誤差 以及負(fù)荷預(yù)測誤差的影響，不能真正解決微網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化問題，這樣還需對微網(wǎng) 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行問題在廣度和深度上進(jìn)一步展開深入研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所考慮的微網(wǎng)系統(tǒng)包括光伏發(fā)電（Wind Turbine，PV)、風(fēng)力發(fā)電（Wind Turbine, WT)、微型燃?xì)廨啓C(jī)（Micro Gas Turbine, MT)和燃料電池 （Fuel Cell, FC)、儲(chǔ)能裝 置（Energy Storage Systems，ESS)。負(fù)荷類型包括重要負(fù)荷和一般負(fù)荷，重要負(fù)荷，即為不 可調(diào)負(fù)荷，具有最高供電的優(yōu)先權(quán)，必須得到必要的電力供應(yīng)，而一般負(fù)荷，即為可調(diào)負(fù)荷， 可在電力供應(yīng)不足的情況下切負(fù)荷運(yùn)行，盡可能滿足其電力供應(yīng)。為了充分發(fā)揮可再生能 源的環(huán)境效益和社會(huì)效益，可再生能源發(fā)電機(jī)組可優(yōu)先發(fā)電，分布式發(fā)電作為可再生能源 發(fā)電機(jī)組的重要補(bǔ)充，共同完成微網(wǎng)系統(tǒng)中重要負(fù)荷的電力供應(yīng)。而儲(chǔ)能裝置主要用于調(diào) 節(jié)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)和負(fù)荷預(yù)測的誤差，更好地滿足電能質(zhì)量的要求。假定微網(wǎng)系統(tǒng) 的調(diào)度時(shí)段為lh，負(fù)荷與發(fā)電機(jī)組均為恒功率運(yùn)行，而且并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)與大電網(wǎng)可以根 據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)相互購電。本發(fā)明提出了微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，首先構(gòu)建微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化 運(yùn)行模型，基于提前一天的微網(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測和不可控微電源發(fā)電功率預(yù)測，以微網(wǎng)并網(wǎng) 運(yùn)行的總經(jīng)濟(jì)成本最小為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)滿足功率平衡約束、機(jī)組出力上下限以及環(huán)境約 束等運(yùn)行約束條件，采用對偶策略解決非線性、多約束的優(yōu)化問題；然后通過快速檢測微網(wǎng) 中由于預(yù)測誤差導(dǎo)致的實(shí)時(shí)不平衡電量，并以微網(wǎng)中不平衡電量最小為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)滿 足儲(chǔ)能裝置充放電約束、爬坡約束等多種約束條件，采用Benders分解迭代算法進(jìn)行求解， 快速有效的解決了微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化問題，促進(jìn)微網(wǎng)技術(shù)的全面推廣應(yīng)用。
[0005] 1微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型
[0006] 1)微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型

【權(quán)利要求】
1. 一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于： 基于微網(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測和不可控微電源發(fā)電功率預(yù)測，以微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的總經(jīng)濟(jì)成本 最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型，模型參數(shù)滿足并網(wǎng)運(yùn)行約束條件，以對偶策 略進(jìn)行求解； 然后通過快速檢測微網(wǎng)中由于預(yù)測誤差導(dǎo)致的實(shí)時(shí)不平衡電量，以微網(wǎng)中實(shí)時(shí)不平衡 電量最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建微網(wǎng)電量修正模型，微網(wǎng)電量修正模型參數(shù)滿足儲(chǔ)能裝置充放 電約束、爬坡約束條件，采用Benders分解迭代算法進(jìn)行求解，解決微網(wǎng)波動(dòng)性優(yōu)化問題； 將微網(wǎng)波動(dòng)性優(yōu)化問題再次帶入到微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型中迭代求解，解決微網(wǎng)系統(tǒng) 的機(jī)組組合問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在 于所述的微網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型以微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的總經(jīng)濟(jì)成本最小為目標(biāo)函數(shù)，包括兩部 分，分別是微網(wǎng)的運(yùn)行成本和與大電網(wǎng)的購電成本，微網(wǎng)的運(yùn)行成本包括微型燃?xì)廨啓C(jī)/ 燃料電池機(jī)組的燃料費(fèi)用、運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用和啟停機(jī)費(fèi)用，所述的模型為：
其中，1^^&^)為第1臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第七個(gè)調(diào)度時(shí)段的燃料費(fèi)用；％、1^、(^為第1臺(tái)發(fā)電機(jī)組的相關(guān)參數(shù)；Pi，t為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的發(fā)電出力；MCi，t(Pi，t)S 第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用噸為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù) 費(fèi)用的比例系數(shù)；STCu為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的啟停機(jī)費(fèi)用；HSQ為第i臺(tái) 發(fā)電機(jī)組的熱啟動(dòng)費(fèi)用；CSQ為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的冷啟動(dòng)費(fèi)用；Ti;t為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第 t個(gè)調(diào)度時(shí)段的停機(jī)時(shí)間；Pi為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的冷卻時(shí)間；kt為第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的實(shí)時(shí) 電價(jià)；PM，t為微網(wǎng)與大電網(wǎng)的購電功率，可為正值、負(fù)值或〇,若為負(fù)值則表不，微網(wǎng)向大電 網(wǎng)售電。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于 所述的并網(wǎng)運(yùn)行約束條件包括功率平衡約束、機(jī)組出力上下限以及環(huán)境約束，具體為：

其中，pd，t為第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的負(fù)荷；為微網(wǎng)與大電網(wǎng)交互功率的上限；
分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的最小和最大功率限額；DR^URi分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組 的功率爬坡最小最大限額；
分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的持續(xù)發(fā) 電、停機(jī)時(shí)長；UT^DTi分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組最小運(yùn)行時(shí)長和運(yùn)行時(shí)長；E\t為第i臺(tái)發(fā)電 機(jī)組在第七個(gè)調(diào)度時(shí)段的污染物排放量;化、81、(；分別為第1臺(tái)發(fā)電機(jī)組的相關(guān)參數(shù)；€為 污染物排放限制。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于 所述的微網(wǎng)電量修正模型通過快速檢測由于不可控微電源預(yù)測誤差、負(fù)荷預(yù)測誤差導(dǎo)致的 不平衡電量《，并以微網(wǎng)中不平衡電量最小為目標(biāo)函數(shù)，具體為：
其中，cot為第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的總不平衡電量；
分別為不可控微電源在t 個(gè)調(diào)度時(shí)段的功率預(yù)測誤差值和負(fù)荷預(yù)測誤差值。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于 所述的儲(chǔ)能裝置充放電約束、爬坡約束條件為：
對于儲(chǔ)能裝置，其充電容量受到充放電率的影響，因此充電時(shí)，其充電功率為負(fù)值，放 電時(shí)放電功率為正值，其中，
'分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的最 大、最小放電功率；
分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組在第t個(gè)調(diào)度時(shí)段的最大、最小充 電功率a、0分別為儲(chǔ)能裝置的運(yùn)行狀態(tài)，一般取〇或者1 ;C為儲(chǔ)能裝置的充電容量；C? 為第i臺(tái)儲(chǔ)能裝置的最大容量上限；
分別為可調(diào)負(fù)荷的最小、最大限額；Sd、Yd 分別為可調(diào)負(fù)荷的可調(diào)時(shí)段的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；Ed為可調(diào)負(fù)荷總值。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于 所述以對偶策略進(jìn)行求解具體為：首先，取qi;t =pi;t ?Uy，則目標(biāo)函數(shù)公式（1)可化解為：
其中，b'iibi+di-Kt，
，則，約束條件轉(zhuǎn)化為：
由于目標(biāo)函數(shù)公式正定，且當(dāng)Ui，t關(guān)0時(shí),Pi，t =qyAii.t，也即Pi，t =qi，t，因此，拉格朗 日增值函數(shù)為：
其中，
，因此對偶拉格朗 日函數(shù)為：
進(jìn)而 得：
根據(jù)I的確定，得到當(dāng)
，否則ui;t = 0 ;因此，
求解微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化問題還需要求解入t、ut、vt，而是對偶目標(biāo)函數(shù) 公式的最優(yōu)值，為了求解最優(yōu)函數(shù)，需進(jìn)一步進(jìn)行迭代，得：
其中，取
通過以上參數(shù)的迭代，快速求解微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化問 題，滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和有效性的要求。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于對偶策略的微網(wǎng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征'于 所述的采用Benders分解迭代算法進(jìn)行求解具體為：首先引入對偶變量
表示第s臺(tái)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，通過Benders分解算法進(jìn)行分解，即分解為情況1和情況 2 ;情況1即是微網(wǎng)系統(tǒng)中的微電源有足夠的備用容量，通過優(yōu)化調(diào)度可控微電源能夠保證 系統(tǒng)中的不平衡電量為〇,因此，引入Benders分解情況1為：
若微網(wǎng)中微電源沒有足夠的備用容量，則需要進(jìn)一步調(diào)整微網(wǎng)系統(tǒng)中的可調(diào)負(fù)荷，以 保證系統(tǒng)的的不平衡電量為0,因此，引入Benders分解情況2為：
其中，xs、vs、G、Ws*別為相關(guān)參數(shù)，因此，根據(jù)Benders分解解決了系統(tǒng)中的不平 衡電電量，改善了系統(tǒng)的供電可靠性。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104408532SQ201410728293
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】劉永亭 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院